地下通道地基承載力驗(yàn)算

黃龍

摘要：近年來，中國城市基礎(chǔ)建設(shè)達(dá)到高峰期，城市地面交通網(wǎng)日漸密集，利用地下空間來解決城市交通的優(yōu)勢日益明顯，特別對于城市干線性道路的交叉口設(shè)計(jì)，非常適用。另外地下通道對城市景觀影響小，噪音量低，社會影響小，越來越受到建設(shè)單位和廣大群眾的青睞。

本文通過某地下通道工程的設(shè)計(jì)實(shí)例，為了充分評估地下水位對地下工程的影響，在結(jié)構(gòu)的計(jì)算過程中考慮了低水位（施工）階段和高水位（運(yùn)營）階段兩種工況，并通過對比計(jì)算結(jié)果的不同，解析了基底壓應(yīng)力正確計(jì)算方法，為地下通道或者箱涵的設(shè)計(jì)計(jì)算提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：地下通道；地下水；基底壓應(yīng)力

中圖分類號：U449.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3024（2017）05-31-02

1工程簡介

本工程為廣東省某市一座新建下穿通道，通道為雙室的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，通道下基底主要為軟土（淤泥、淤泥質(zhì)土），埋藏較深且厚度大。設(shè)計(jì)考慮采用三軸攪拌樁滿堂加固，加固樁直徑800mm，樁間距為650mm，排間距800mm，加固后復(fù)合地基承載力特征值不小于180kpa。

2結(jié)構(gòu)模型計(jì)算

本工程中，地下通道主體結(jié)構(gòu)按作用在彈性地基上的等代閉合框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，其地層的作用模擬為一系列彈簧，采用SAP2000軟件進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)構(gòu)計(jì)算按永久荷載、可變荷載各種組合進(jìn)行加載。

由于本通道為地下工程，地下水對結(jié)構(gòu)影響較大，故本結(jié)構(gòu)考慮了低水位（施工）階段和高水位（運(yùn)營）階段兩種工況。

在通道施工階段，基坑采取了降水措施，地下水位降至基底標(biāo)高以下0.5m，此時為低水位（施工）階段，該階段時，結(jié)構(gòu)底板基本無水壓力。

在通道運(yùn)營階段，由于該區(qū)域地下水位較高且通道臨近河流，為確保通道安全，地下水位取至地面，此時為高水位（運(yùn)營）階段，結(jié)構(gòu)頂?shù)装寮皞?cè)墻滿布水壓。

3基底壓應(yīng)力計(jì)算

在現(xiàn)實(shí)工作中，有兩種基底應(yīng)力計(jì)算的方式較為廣泛。

第一種：即按基底以上荷載，基底接觸面積=基底壓應(yīng)力計(jì)算，計(jì)算如下。

（1）通道G1=25X94.6=2365kN/m，壓重層G2=12.3X2X23.7=583KN/m：

（2）覆土厚1.0m，則覆土重G3=1.0X24×31.3=751.2kN/m：

（3）地面和隧道內(nèi)超載均按20kpa計(jì)，則：

地面超載為Q1=20X31.3=626 kN/m，通道內(nèi)超載Q2=566kN/m：

通道每延米荷載為G=GI+G2+G3+QI+Q2=4891.2 kN/m：

可得到基底壓應(yīng)力為q=G/31.3=4891.2/31.3=156.3KPa。

第二種：根據(jù)通道結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中進(jìn)行提取。

地下通道的主體結(jié)構(gòu)縱向按每延米建立模型，橫向各節(jié)點(diǎn)間距一米，各節(jié)點(diǎn)的支反力值即為基底壓應(yīng)力。該通道兩種工況下支反力結(jié)果如下所示：

從上兩張圖中可以看出，隧道兩側(cè)及中部地基反力較大，比較符合實(shí)際情況。在低水位（施工）階段工況下，通道基底達(dá)到最大壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力pk=271.61KPa。

從上述兩種結(jié)果可知，第二種方法提取的pk數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第一種方法計(jì)算得到q值。這是由于第一種方法中q值計(jì)算過程是基于平均值的概念，取得的基底壓應(yīng)力值也就是基底的平均壓應(yīng)力，而第二種方法是對結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行了模擬，得到的是在最不利荷載組合下結(jié)構(gòu)基底某些部位分擔(dān)的最大壓應(yīng)力，比較客觀和接近實(shí)際。

對于本通道結(jié)構(gòu)的沉降計(jì)算，其驗(yàn)算壓應(yīng)力應(yīng)取最不利值，故基底壓應(yīng)力取第二種方法提供的pk值。

4地基承載力驗(yàn)算

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》3.3.4對地基承載力進(jìn)行修正。

結(jié)構(gòu)底板處為<2-2>粉質(zhì)粘土，f_a0=50 kDa

基底以上土層加權(quán)平均重度y z=19.15 kN/m³，b=31.3m，h=8m。

修正后

的地基承載力特征值

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》7復(fù)合地基，攪拌樁復(fù)合地基承載力按下式計(jì)算：

單樁豎向承載力特征值可按下式確定：

根據(jù)計(jì)算可知復(fù)合地基承載力特征值f^spk=362kpa>pk=271.6 kpa，故該通道地基承載力滿足要求。

5結(jié)語

從以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，該地下通道對地下水的考慮與否對計(jì)算的結(jié)果影響較大.故應(yīng)分別考慮高低水位工況，從而對結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋計(jì)算及裂縫驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)安全。

基底承載力驗(yàn)算也不應(yīng)按基底平均壓應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算取用，應(yīng)該在有限元計(jì)算模型中提取最大壓應(yīng)力，對于需進(jìn)行變形沉降驗(yàn)算的結(jié)構(gòu)，該值的正確選用尤為重要。